Fotowoltaika

Fotowoltaika jest dziedziną nauki, która zajmuje się przetwarzaniem światła słonecznego na energię elektryczną. Mówiąc prościej, jest to gałąź energetyki skupiona na wytwarzaniu prądu elektrycznego z promieniowania słonecznego. Jej nazwa pochodzi od zjawiska fotowoltaicznego, na którym opiera się ta metoda wytwarzania energii.

Fotowoltaika - ogniwa słoneczne

Ogniwa fotowoltaiczne produkowane są głównie z krystalicznego wafla krzemowego, a pojedynczy egzemplarz może wygenerować prąd o mocy od 1 do 97W. Dla maksymalnej efektywności energetycznej ogniwa łączy się w większe moduły fotowoltaiczne, które tworzą panele o powierzchni od 0,2 do 1 m kwadratowego. Bardzo często znajdują zastosowanie w technologii kosmicznej. Ich bezsprzeczną zaletą jest bezobsługowa praca oraz długotrwała żywotność sięgająca powyżej 25 lat. W bardziej „codziennych” warunkach stosowane są głównie do zasilania samodzielnych urządzeń – np. świateł drogowych. Stają się także coraz popularniejsze w domostwach, jako niezależne źródło energii dla gospodarstwa domowego. W miejscach o dobrym nasłonecznieniu budowane są również większe pola takich paneli, które stanowią elektrownie słoneczne. Ich wydajność jednak jest dosyć mała w porównaniu z elektrowniami konwencjonalnymi.

Fotoogniwo jest wykonane z półprzewodnika i tworzy złącze p-n, na które pada światło słoneczne. Fotony, które mają energię większą od szerokości przerwy energetycznej półprzewodnika i padają na złącze, powodują powstawanie par elektron-dziura. Wewnątrz półprzewodnika powstaje pole elektryczne, które jest związane z obecnością złącza p-n. Na skutek jego oddziaływania, różnego rodzaju nośniki, przemieszczają się w inne strony. Elektrony trafiają potem do obszaru n, dziury do obszaru p. Napięcie elektryczne powstaje, gdy dojdzie do rozdzielenia nośników ładunku w złączu. Ze względu na fakt, że nośniki rozdzielone mają nieskończony czas życia, a napięcie na złączu p-n jest stałe, to oświetlone złącze działa jako ogniwo elektryczne – oznacza to, że źródłem generowanego prądu są reakcje chemiczne, jakie zachodzą między elektrolitem a elektrodą.

Rozwój fotowoltaiki

Choć koszt wdrażania tej technologii jest stosunkowo wysoki, to znajduje ona szerokie zastosowanie. Na przestrzeni lat ceny paneli fotowoltaicznych znacząco zmalały. Nowe sposoby wytwarzania materiałów zdolnych do pochłaniania promieni słonecznych spowodowały, że urządzenia fotowoltaiczne stają się coraz bardziej powszechne. Fotowoltaika jest na drodze bardzo intensywnego rozwoju, pod koniec 2006 roku na całym świecie były zainstalowane panele fotowoltaiczne generujące moc 1581W, dla porównania w 2011 roku było to już 27650 MW, a przy obliczeniu mocy skumulowanej można mówić o wartości 67350 MW. Liderem w zakresie fotowoltaiki pozostają Niemcy, gdzie aż 32380 MW mocy generowane jest z paneli słonecznych. Jest to bardzo wysoka wartość, biorąc pod uwagę, że polskie elektrownie konwencjonalne tworzą około 38000MW mocy.

Słońce jako źródło energii daje wysokie nadzieje na przyszłość, biorąc pod uwagę, że należy ono do środków odnawialnych. Można więc przypuszczać, że tempo wzrostu fotowoltaiki będzie się zwiększać w najbliższych latach.